Что морочит нам голову?

Весь бюджет Российской академии наук равен бюджету одного крупного американского университета (около 2 млрд долл.), а в нашей академии насчитывается около 450 институтов. Но, несмотря на плохое финансирование, науки о мозге развивались в России довольно успешно. Возможно, это связано с тем, что они являлись отечественным приоритетом (нервизм Сеченова и Павлова). Кроме того, если за рубежом доминирует индуктивный подход (от частного к общему), то у нас - дедуктивный (от общего к частному).

Поток сознания

С обзорным докладом об актуальных направлениях современной науки о мозге на сессии выступил академик РАН Михаил Островский. В частности, он остановился на проблемах молекулярных механизмов сознания. «Поток сознания» - не метафора, а существо дела», - сказал М.Островский. В последние годы получила развитие нейроинформатика, занимающаяся разработкой математических моделей работы мозга, нейропротезированием и передачей информации из мозга в компьютер (обратная задача - передача информации из компьютера в мозг - пока еще очень далека от разрешения). Кроме того, в докладе были затронуты этические проблемы, связанные с улучшением мозговых функций. Многие исследования носят фундаментальный характер, но, по словам известного советского биолога Александра Любищева, «нет ничего практичнее хорошей теории».

Доклад академика РАН Михаила Угрюмова был посвящен регуляторным функциям мозга - от генома до целостного организма. Был дан анализ клеточно-молекулярных механизмов деятельности мозга, позволяющих ему выполнять функции «дирижера» нейро-эндокринной системы, обеспечивающей регуляцию важнейших функций и поддержание постоянства внутренней среды организма. Особое внимание было уделено механизмам пластичности мозга, которые включаются при патологии и направлены на компенсацию утрачиваемых функций. Согласно концепции, развиваемой М.Угрюмовым, именно благодаря включению компенсаторных процессов хронические нейродегенеративные заболевания (болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и др.) долгое время развиваются в латентной фазе. Поэтому первые симптомы впервые проявляются при необратимых изменениях мозга, а сами заболевания носят фатальный характер. Определенные надежды на излечение этих тяжелейших заболеваний могут быть связаны с развитием преклинической диагностики и превентивного лечения, на что и должны быть направлены усилия медиков и нейробиологов.

Наряду с демонстрацией достижений мировой науки в докладе прозвучало, что в этой области нейронаук российские ученые конкурентоспособны и находятся на передовых рубежах. Более того, в изучении механизмов пластичности мозга и разработке преклинической диагностики и превентивного лечения нейродегенеративных заболеваний участвуют сотрудники 24 учреждений РАН, РАМН и Минздравсоцразвития России по программе президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине» в рамках проекта по нейродегенеративным заболеваниям.

Доклад члена-корреспондента РАН Евгения Никольского был посвящен нейронам и межнейрональным контактам. Нейроны «общаются» между собой с помощью выделения медиаторов в синапсы. Считалось, что данный процесс носит квантовый характер (путем синхронного выделения медиаторов из синаптических пузырьков в синаптическую щель). Однако наряду с этим существует неквантовый механизм высвобождения медиаторов. Например, «неквантовый» ацетилхолин ответствен за поддержание плотности холинорецепторов постсинаптической мембраны. Подобные механизмы лежат в основе синаптической пластичности. Докладчик подробно остановился на рецепторах глютамата - NMDA- и AMPA-рецепторах. Длительное действие глютамата приводит к гибели клетки за счет вхождения в нее ионов кальция. Подобные исследования позволяют назначать фармацевтические препараты, избирательно действующие на молекулярные структуры нейрона. Однако, как подчеркнул Никольский, необходим системный подход, поскольку «изучая кирпичики, мы не поймем, как работает мозг в целом».

Молекулярным механизмам регуляции рецепторов нейронов был посвящен доклад члена-корреспондента РАН В.Цетлина. В мозгу человека находится 1011 (100 миллиардов) нейронов и 1014 (100 триллионов) синаптических контактов. Что касается рецепторов нейронов, то они бывают двух типов - во-первых, рецепторы, связанные с G-белком, и, во-вторых, ионные каналы.

Доклад члена-корреспондента РАН Алексея Иваницкого был посвящен роли науки о мозге в решении проблемы сознания (см. также «МГ» № 54 от 23.07.2008). Как сказал Ньютон, «при изучении наук примеры полезнее правил». А по словам его соотечественника математика Роджера Пенроуза, «сознание не может быть сведено к вычислениям». Например, ребенок перечисляет игрушки, не зная счета. По словам Гегеля, «осознается лишь то, что можно выразить в знаках». Следовательно, сознание можно определить как «выражение переживаний в знаковой форме». Осознать - значит понять. По данным позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), понимание наступает тогда, когда активируются определенные области лобной коры. «Без потребности нет понимания», - сказал американский психолог Уолтер Фриман. Таким образом, понимание возникает при соотнесении новой информации с определенной потребностью. Понимать - значит знать, как действовать. В этой связи А.Иваницкий процитировал стихотворение Тютчева «Колумб»: «Так связан, съединен от века/ Союзом кровного родства/ Разумный гений человека/ С творящей силой естества...»

Член-корреспондент РАН Константин Анохин посвятил свой доклад биологии памяти. Он подробно остановился на молекулярной модели консолидации памяти и механизмах поддержания ее следов. Каким образом память формируется и хранится? Здесь необходим переход от генов к системам памяти, что связано с изучением активности нейронов всего мозга. С этой целью предложен проект «Прозрачный мозг». Само название отсылает нас к метафоре Чарльза Шеррингтона, уподобившего работу мозга сети электрических лампочек. Анохин и его сотрудники вводили экспериментальным животным флюоресцирующий белок, что позволяло увидеть светящиеся сети нейронов. Кроме того, с помощью виртуальных оптических сред стала возможной трехмерная реконструкция групп нейронов. Пока что удалось создать модель работы нейронов почвенной нематоды (у нее всего 302 нейрона). Согласно экспериментальным данным, в момент извлечения памяти стирается состояние страха. Свое выступление Анохин закончил утверждением о необходимости синтеза исследований мозга для гуманитарных наук и понимания субъективных процессов.

Рожденный в язык

Психологическая тематика была представлена на сессии всего двумя докладами. Член-корреспондент РАН Борис Величковский поделился опытом работы руководимого им Института когнитивных исследований при НИЦ «Курчатовский институт». По словам Б.Величковского, расцвету психологии способствовали Первая и Вторая мировые войны, в результате которых было много случаев локальных поражений головного мозга. В настоящее время надежды связаны с конверсией. Некоторые военные разработки могут быть адаптированы для исследования мозга. Например, регистрация движений глаз, основанная на быстрой видеообработке, позволила установить, что в течение одного дня человеческий глаз совершает 120 тыс. саккадических движений, преодолевая расстояние от 10 до 12 км.

Проблеме соотношения мозга и языка было посвящено выступление доктора биологических наук Татьяны Черниговской. Докладчик сравнила сознание с ветром. «Мозг морочит нам голову, - сказала она. - Мы находим только то, что ищем». Каждый человек «рождается в определенный язык», и к 3 годам ребенок декодирует тот язык, в который он попал. Язык «рассыпан» по мозгу. Только в процессе чтения участвуют 17 зон коры. Поиски «гена языка» потерпели фиаско. Как считает Черниговская, нейроны и звезды - две сопоставимые вселенные, которые никогда не могут быть познаны до конца. В прениях по этому докладу выступил член-корреспондент РАН Владимир Алпатов. Будучи лингвистом, Алпатов подчеркнул, насколько важна патология речи для нашего знания о языке, сославшись на работы об афазии Романа Якобсона и Александра Лурия.

Доктор философских наук Давид Дубровский говорил о языках мозга, для познания которых нужны новые методологические подходы. В расшифровке мозговых кодов может пригодиться опыт лингвистики и криптологии. Только где нам найти подходящий «Розеттский камень»? Вопрос о свободе воли, волновавший философов на протяжении многих веков, также получает неожиданное звучание. Если я могу управлять своими мыслями, то, следовательно, я могу контролировать их материальные (нейрональные) носители. Значит, возможно управление усилием мысли. Как утверждает Дубровский, акт свободы воли есть акт самодетерминации. Прогресс в данной области невозможен без развития междисциплинарных связей, и от философов тут может быть большая польза.
«Черный квадрат» Гуревича

На сессии РАН с докладом «Нейрохирургия и мозг» выступил академик РАН и РАМН Александр Коновалов. В частности, он подчеркнул важность для нейрохирурга знания не только нейроанатомии, но и нейрофизиологии. Кроме того, он охарактеризовал проводимые в коммерческих целях операции по трансплантации стволовых клеток при неизлечимых неврологических заболеваниях как «вмешательства, проводимые без серьезного экспериментального обоснования».

Академик РАН Юрий Гуляев выступил с докладом о радиоэлектронных методах исследованиях мозга. Сотрудники руководимого Ю.Гуляевым Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН разработали магнитокардиограф, позволяющий проследить распределение магнитных полей сердца в норме и при инфаркте миокарда. Этот же принцип они пытаются применить при разработке магнитоэнцефалографа. Магнитные поля мозга, в отличие от электрических, очень слабые. Для улучшения соотношения сигнал/шум используется специальная техника. В настоящее время предпринимаются попытки комбинировать магнитоэнцефалографию с магнитно-резонансной томографией.

Радиотермография разрабатывается в России на протяжении более 30 лет. Известно, что во время сна температура мозга снижается на 1,5-2 градуса, а при гипнотическом сне температура левого полушария снижается больше, чем правого (у правшей). Обнаружено повышение температуры мозга при устном счете, а также повышение температуры эпилептогенного очага при гипервентиляции у эпилептиков. В настоящее время поставлена задача мониторинга температуры мозга при лечении его заболеваний. Ю.Гуляевым и его сотрудниками ведутся работы по изучению кожно-гальванического рефлекса для контроля бодрствования машиниста электропоезда, а также контроля глубины наркоза. К сожалению, эти разработки 20-30-летней давности не адаптированы для рутинного клинического использования.

Доклад члена-корреспондента РАН Святослава Медведева был посвящен механизмам мозговой деятельности. В частности, докладчик подробно остановился на гипотезе о детекторе ошибок, предложенной в 1960-е годы Н.П.Бехтеревой и соавторами. Однако описания того, что представляет собой «детектор ошибок» и каков его материальный субстрат, не прозвучало. По мнению С.Медведева, вследствие поломки вышеупомянутого детектора возникает зависимость от наркотиков и навязчивые состояния.

Доктор биологических наук Евгений Рогаев рассказал о генетических подходах к исследованию функций мозга. В настоящее время создается атлас ДНК человека, что поможет ответить на вопрос, какие гены экспрессируются на разных этапах онтогенеза. Мозг человека в 3 раза больше мозга шимпанзе. Отсутствие мозга (анэнцефалия) встречается в одном на тысячу зачатий. Ученые исследуют, мутации каких генов приводят к данной патологии? Генные мутации лежат в основе недоразвития мозговой ткани (микроцефалии), при которой снижается коэффициент интеллекта (IQ). Затем докладчик остановился на формально-генетическом подходе к патогенезу болезни Альцгеймера. В частности, полиморфизм аполипопротеина Е играет существенную роль в ее патогенезе. У носителей аллеля Е4 риск развития болезни Альцгеймера в 10 раз выше, чем в популяции. Вклад генетических факторов в развитие алкоголизма достигает 50%.

Член-корреспондент РАН Сергей Бачурин рассказал о роли медицинской химии в коррекции функции мозга. Предметом медицинской химии является конструирование веществ, действующих на определенные мишени. В качестве примера докладчик опять-таки обратился к болезни Альцгеймера, которой в России страдает от 1,2 до 1,4 млн человек. Каскад нейродегенеративных процессов запускается бета-амилоидным белком. В этой ситуации воздействие на одну мишень малоперспективно. Необходимо влиять на группу мишеней для стабилизации состояния системы при данной патологии. К сожалению, в России отсутствует система биоскрининга, которую необходимо создать.

Сессия завершилась выступлением кандидата физико-математических наук Игоря Гуревича, посвященным математическим и информационным аспектам исследования мозга. «Проблема искусственного интеллекта остается на уровне декларации о намерениях», - сказал докладчик. Методы распознавания образов помогают принимать решение по информации плохого качества (зашумленной). При этом необходимо перевести изображение в символьную форму. В настоящее время создана система «черный квадрат», позволяющая проводить автоматизированную обработку различных изображений.

Итоги и выводы

По окончании сессии корреспондент «МГ» попросил академика РАН Михаила Угрюмова подвести ее итоги.

- Сессия была посвящена проблеме мозга, - сказал Михаил Вениаминович, - во-первых, потому, что нейронауки привлекают к себе всеобщее внимание. Декада мозга, объявленная в 1990-е годы, продолжается. Во-вторых, была поставлена задача понять, какова ниша российских ученых и в какой области мы могли бы достойно конкурировать на открытом рынке. Сессия выявила несколько таких направлений - межнейрональная сигнализация, молекулярно-клеточные механизмы патологических процессов и т.д. Эти направления нуждаются в организационной и финансовой поддержке. Уникальность исследований по нейронаукам в РАН в том, что возможен комплексный подход с участием специалистов разного профиля. Здесь взаимодействуют математики и программисты, философы и лингвисты. Это сотрудничество невероятно плодотворно. Например, упомянутый в докладе Гуревича автоматизированный анализ изображений позволил в десятки раз повысить производительность труда и на порядок снизить расход дорогостоящих материалов. Моя лаборатория уже несколько лет сотрудничает с тремя математическими учреждениями РАН, и мы ежегодно получаем патенты за внедрение новой техники анализа изображений. Здесь мы не нуждаемся в помощи иностранных коллег. Другим примером являются новые подходы к диагностике и лечению нейродегенеративных заболеваний, о которых говорилось в моем докладе».

Болеслав ЛИХТЕРМАН,
корр. «МГ»,
кандидат медицинских наук.